Universumi üks põhiseadusi on see, et energiat ei looda ega hävitata - see muudab ainult vorme. Järelikult on olemas palju energiavalemeid. Selleks, et mõista, kuidas need valemid on sama asja väljendused, on kõigepealt oluline mõista, mida füüsikud energiast rääkides mõtlevad. See on Sir Isaac Newtoni selgitatud mõiste, mis on juurdunud klassikalise füüsika mõistetesse.
Liikumisenergia valem on:
KE = 0,5 \ korda m \ korda v ^ 2
kus KE on kineetiline energia džaulides, m on mass kilogrammides ja v on kiirus meetrites sekundis.
Jõud ja töö
Newtoni kolm liikumisseadust on aluseks klassikalisele füüsikale. Esimene seadus määratleb jõu kui selle, mis põhjustab liikumist, ja teine seadus seob objektile mõjuva jõu selle kiirendusega. Kui jõud (F) kiirendab keha läbi vahemaa (d), teeb see töö (W) võrdse jõuga korrutatuna vahekorra ja teguriga, mis arvestab nende vahelist nurka (θ, kreeka täht teeta). Matemaatilise avaldisena tähendab see:
W = Fd \ cos {\ theta}
Jõu meetrilised ühikud on njuutonid, kauguse mõõtjad on meetrid ja töö jaoks njuutonmeetrid ehk džaulid. Energia on töövõime ja see väljendub ka džaulides.
Kineetiline ja potentsiaalne energia
Liikuvas objektil on liikumisenergia, mis on samaväärne tööga, mida oleks vaja selle puhkamiseks. Seda nimetatakse selle kineetiliseks energiaks ja see sõltub nii objekti kiiruse (v) ruudust kui ka poolest selle massist (m). Maa gravitatsiooniväljas puhkeasemel on potentsiaalne energia tänu oma kõrgusele; kui see peaks vabalt kukkuma, saavutaks see selle potentsiaalse energiaga võrdse kineetilise energia. Potentsiaalne energia sõltub objekti massist, selle kõrgusest (h) ja gravitatsioonist tingitud kiirendusest (g). Matemaatiliselt on see:
PE = mgh
Elektrienergia
Elektrisüsteemide energia arvutamine sõltub a-d läbiva vooluhulga suurusest juht (I) amprites, samuti voolu juhtiv elektriline potentsiaal või pinge (V) volti. Nende kahe parameetri korrutamisel saadakse elektrienergia (P) võimsus vattides ja korrutades P ajaga mille jooksul elektrivool (t) sekundites annab süsteemis elektrienergia koguse, in džaulid. Elektrienergia matemaatiline väljendus juhtivas vooluringis on:
E_e = Pt = VIt
Selle suhte kohaselt kulutab 100-vatise elektripirni ühe minuti põlemiseks jätmine 6000 džauli energiat. See on võrdne kineetilise energia hulgaga, mis oleks 1-kilogrammisel kivimil, kui laseksite selle 612 meetri kõrguselt (eirates õhuhõõrdumist).
Mõned muud energiavormid
Valgus, mida näeme, on elektromagnetiline nähtus, millel on energiat lainepakettide vibratsioonide tõttu, mida nimetatakse footoniteks. Saksa füüsik Max Planck tegi kindlaks, et footoni energia on proportsionaalne sagedusega (f), millega see vibreerib ja ta arvutas proportsionaalsuse konstandi (h), mida tema puhul nimetatakse Plancki konstandiks au. Footoni energia väljendus on seega:
E_p = hf
Albert Einsteini relatiivsusteooria järgi on igal aineosakesel omane potentsiaalne energia, mis on proportsionaalne osakese massi ja valguskiiruse ruuduga (c). Asjakohane väljend on:
E_m = mc ^ 2
Einsteini arvutusi kinnitas aatomipommi väljatöötamine.